La population générale est exposée à un grand nombre de pesticides, principalement via son alimentation. Alors que ces matières actives ont reçu une autorisation de mise sur le marché individuelle, l’effet sur l’organisme humain d’un mélange de tels composés est en revanche très peu connu. Afin de contribuer à mieux appréhender cet « effet mélange », notre étude s’est attachée à étudier le métabolisme hépatique humain in vitro de deux mélanges de pesticides communément retrouvés dans l’alimentation française / General population is exposed to several pesticides, mainly via the diet. Whereas these active ingredients obtained their marketing authorization individually, the available data regarding their impact as a mixture on the human body are scarce. In order to help better understanding this “mixture effect”, we aimed at studying the human hepatic in vitro metabolism of two pesticides mixtures commonly found in the diet

De nos jours, on attribue une myriade d’effets bénéfiques aux polyphénols alimentaires. Ces affirmations reposent la plupart du temps sur des études in vitro, sur quelques études in vivo et presque jamais sur des essais cliniques. On se rend compte de plus en plus que l’intérêt des polyphénols ne résiderait pas uniquement dans leur pouvoir antioxydant mais également dans leur capacité à cibler de multiples cibles moléculaires comme l’inflammation. De plus, de nombreuses études commencent à prendre en compte la biodisponibilité des polyphénols dans l’organisme et leur interaction avec le microbiote intestinal. C’est pourquoi en plus de nous intéresser à deux polyphénols issus de la Pomme-grenade, nous nous sommes intéressés à deux de leurs dérivés métaboliques. Pratiquement aucune étude ne s’était penchée sur l’effet de ces molécules dans un contexte de maladies neuro-dégénératives. Pour se faire, nous avons testé la punicalagine, l’acide ellagique, l’urolithin A et l’urolithin B sur des modèles C. elegans de la SLA et de la maladie de Huntington qui présentaient des phénotypes moteurs, de la neuro-dégénérescence et de l’inflammation. Enfin, nous avons utilisé un modèle de souris ayant subi une axotomie du nerf optique pour confirmer le pouvoir neuro-protecteur de l’urolithin A. Nos résultats ont montré que ces composés dans des proportions différentes étaient en mesure de réduire la toxicité neuronale de protéines liées à la SLA et HD et ainsi diminuer les niveaux de paralysie et de neuro-dégénérescence de nos modèles C. elegans. En parallèle, nous avons observé que cette neuro-protection se faisait au travers une diminution de l’inflammation et pour l’urolithin A une amélioration de la morphologie des mitochondries via la mitophagie. En dernier, nous avons constaté que l’urolithin A était en mesure de promouvoir la survie neuronale chez la souris à la suite d’une lésion du nerf optique. Pour conclure, cette étude par son approche in vivo de multiples maladies neuro-dégénératives renforce les preuves existantes de l’effet bénéfique de la consommation de Pomme-grenade et encourage l’utilisation pharmacologique de l’urolithin A. / Nowadays, a myriad of beneficial effects is attributed to dietary polyphenols. Most of these claims are based on in vitro studies, some in vivo studies, and almost never on clinical trials. It is increasingly realized that the interest of polyphenols does not only lie in their antioxidant power but also in their ability to target multiple molecular pathways such as inflammation. In addition, many studies are beginning to take into account the bioavailability of polyphenols in the body and their interaction with the gut microbiota. That's why in addition to two polyphenols from Pomegranate, we looked at two of their metabolic derivatives. Almost no study has examined the effect of these molecules in the context of neurodegenerative diseases. To do this, we tested punicalagin, ellagic acid, urolithin A and urolithin B on C. elegans models of ALS and Huntington's disease that had motor phenotypes, neurodegeneration and inflammation. Furthermore, we used a mouse model that underwent an axotomy of the optic nerve to confirm the neuroprotective power of urolithin A. Our results showed that these compounds in different proportions were able to reduce the neuronal toxicity of proteins. related to ALS and HD and thus decrease the levels of paralysis and neuro-degeneration of our C. elegans models. In parallel, we observed that this neuroprotection was done through a reduction of the inflammation and for urolithin A an improvement of the morphology of mitochondria via mitophagy. Lastly, we found that urolithin A was able to promote neuronal survival in mice as a result of optic nerve injury. To conclude, this study by its in vivo approach to multiple neuro-degenerative diseases reinforces existing evidence of the beneficial effect of pomegranate consumption and encourages the pharmacological use of urolithin A.

L’obésité est un facteur de risque important du diabète de type 2 et des maladies cardio- vasculaires. Durant le développement de l’obésité, le remodelage pathologique du tissu adipeux et l’inflammation locale contribuent à la mise en place d’une inflammation systémique, une accumulation de gras ectopique et une résistance à l’insuline. Les macrophages jouent un rôle important dans la régulation des voies signalétiques inflammatoires qui sont liées à leurs différents états d’activation. En effet, l’influence de diverses adipokines, cytokines et hormones ainsi que la disponibilité des nutriments vont induire leur polarisation en un phénotype soit pro- inflammatoire M1, soit anti-inflammatoire M2. De ce fait, comprendre les mécanismes et acteurs impliqués dans la polarisation des macrophages résidents du tissu adipeux vers un phénotype anti-inflammatoire M2 pourrait apporter une stratégie pour traiter les complications de l’obésité. La suppression de l’α/β-hydrolase domain-6 (ABHD6), une monoacylglycérol lipase, a démontré chez la souris des effets bénéfiques contre l’obésité, le diabète de type 2 et d’autres maladies inflammatoires. Cependant, le rôle précis de l’ABHD6 dans l’activation et la polarisation des macrophages en conditions inflammatoires, ainsi que les mécanismes sous-jacents, ne sont pas clairement définis. Le but de cette étude était d’investiguer : 1) le rôle immuno-métabolique de l’ABHD6 dans l’inflammation chronique du tissu adipeux induite par l’obésité chez la souris, et 2) le rôle régulateur de l’ABHD6 dans l’activation et la polarisation des macrophages dans des conditions inflammatoires aiguës induite par le lipopolysaccharide (LPS). En employant des approches pharmacologiques et génétiques, nous avons démontré que la délétion globale de l’ABHD6, chez les souris rendues obèses par une diète riche en gras, permet de maintenir un tissu adipeux sain au niveau immuno-métabolique. En effet, les souris ABHD6-KO nourries avec une diète riche en gras montrent une expression réduite de l’expression des marqueurs pro- inflammatoires (Mcp1 and Cd11c), fibrotiques (Col5a1) et hypoxiques (Hif1a) dans tous leurs tissus adipeux (viscéral, sous-cutané et brun). Le nombre de macrophages pro-inflammatoires M1 est aussi diminué dans les tissus adipeux viscéral et brun des souris KO nourries à la diète grasse. De plus, la suppression de l’ABHD6 a changé la polarisation des macrophages d’un phénotype pro-inflammatoire M1 vers un phénotype anti-inflammatoire M2 dans des lignées cellulaires de macrophages (RAW264.7 et J774A.1) et des macrophages péritonéaux primaires de souris traités avec le LPS. Collectivement, nos résultats supportent la vision que l’ABHD6 a un rôle pro-inflammatoire dans induit par la diète riche en gras ou le LPS. Ces observations nous ont permis d’obtenir un aperçu du rôle de l’ABHD6 dans les voies immuno-métaboliques des tissus adipeux et suggèrent que l’ABHD6 pourrait être une cible thérapeutique intéressante pour contrer l’inflammation et les complications de l’obésité. / Obesity is a major risk factor for type 2 diabetes (T2D) and cardiovascular diseases. Pathologic adipose tissue (AT) remodeling and local inflammation contribute to systemic inflammation, ectopic fat accumulation and insulin resistance in obesity. Macrophages play an important role in inflammatory pathways, and these cells possess different activation states, M1 pro-inflammatory and M2 anti-inflammatory, influenced by adipokines, cytokines, hormones, and fuel availability. Thus, understanding the mechanisms and players involved in AT-resident macrophage polarization towards an anti-inflammatory M2 phenotype may provide a strategy to treat obesity complications. Suppression/deletion of the monoacylglycerol lipase α/β-hydrolase domain-6 (ABHD6) was previously shown to have beneficial effects against obesity, T2D, and other inflammatory disorders. However, it is not precisely known if ABHD6 plays any direct role in macrophage activation and polarization under inflammatory conditions, and if it does, the underlying mechanisms are yet to be defined. The aim of this study is to investigate: 1) the immunometabolic role of ABHD6 in obesity-induced chronic AT inflammation in mice, and 2) the regulatory role of ABHD6 in macrophage activation/polarization under conditions of acute lipopolysaccharide (LPS)-induced inflammation. Employing pharmacological and genetic approaches, we demonstrate that global ABHD6 deletion maintains AT immunometabolic health during diet-induced obesity in mice. High-fat-diet(HFD)-fed whole-body ABHD6-KO (HFD-ABHD6- KO) mice exhibit lower expression of pro-inflammatory (Mcp1 and Cd11c), fibrosis (Col5a1) and hypoxia (Hif1a) markers in all fat depots. The pro-inflammatory M1-macrophages in the visceral and brown fat depots are also reduced in HFD-ABHD6-KO mice. Additionally, ABHD6 suppression switches LPS-induced macrophage polarization from an M1-like phenotype towards an anti- inflammatory M2 state in the macrophage cell lines (RAW264.7 and J774A.1) and in primary peritoneal macrophages. Collectively, our results support the view that ABHD6 has a pro-inflammatory role under conditions of HFD- and LPS-induced inflammation. These findings provide an insight into the role of ABHD6 in AT immunometabolic pathways in obesity, and suggest ABHD6 as a therapeutic target for inflammation and obesity-related complications.

L'insuffisance cardiaque (IC) est l'une des principales causes de décès dans le monde. Les maladies cardiovasculaires sont devenues une préoccupation majeure de santé publique et le resteront probablement à l'avenir avec le vieillissement de la population et l'augmentation du taux de survie des patients atteints de maladies cardiovasculaires. L'infarctus du myocarde (IM) est le principal facteur de risque favorisant le développement de l’IC. L'une des principales caractéristiques de l'IC est une dérégulation du fonctionnement du système nerveux autonome (SNA), en particulier une hyperactivité du système nerveux sympathique (SNS) qui contribue largement à la progression de la maladie et à l'augmentation de la morbidité. Le mécanisme de l'hyperactivité du SNS n'est que partiellement connu. En ce qui concerne la progression de l'IM à l'IC, des études suggèrent un engagement concerté du cerveau (médulla), du nerf vague et des nerfs sympathiques, en plus du tissu cardiaque qui serait à l'origine de la maladie systémique. En plus des altérations du SNA, des exemples de comorbidités de l'IC comprennent des troubles cognitifs tel que l’anxiété et la dépression ainsi que des modifications atrophiques des régions cérébrales chez les patients atteints d'IC. L’ensemble, de ces données montrent l'importance du système nerveux central et périphérique dans l'IC. En plus du système nerveux cardiaque intrinsèque, qui comprend un réseau de ganglions intracardiaques et de neurones interconnectés, le coeur, en particulier l'épicarde, possède des milliers de neurones intégrés, dont beaucoup expriment le récepteur vanilloïde 1 (TRPV1). Au cours des dernières années, des études scientifiques ont montré que l'application épicardique de résinifératoxine (RTX), un agoniste spécifique de TRPV1, au moment de l'IM induit, conduit à une réduction de la fibrose cardiaque, prévient l'hyperactivation du SNS et améliore la fonction cardiaque dans plusieurs modèles. La thèse visait à mieux caractériser la fonction de ces fibres exprimant TRPV1 dans l'IM et l'IC qui en découle. Les principaux objectifs de présente étude sont les suivants : 1) Identifier si les fibres épicardiques exprimant TRPV1 entraînent des modifications des fonctions cérébrales. 2) Élucider les mécanismes moléculaires sous-jacents dans les tissus du système nerveux en aval des traitements IM et RTX en utilisant la protéomique ; et 3) Déterminer si les stimuli nociceptifs dans un modèle alternatif, C. elegans, via la modulation des récepteurs vanilloïdes orthologues par RTX, peuvent entraîner une modification du comportement et des mécanismes moléculaires associés aux effets induits par l'exposition à RTX. Pour répondre à ces 4 objectifs, nous avons combiné la dénervation des afférences sympathiques cardiaques, via l'application épicardique de RTX, avec un modèle IM validé. Des études comportementales ont été menées pour évaluer la dépression et l'anxiété des animaux après le début de l’IC. L'analyse protéomique a été réalisée sur plusieurs tissus dont le cortex frontal, le ventricule gauche, le bulbe rachidien (médulla), la moelle épinière et le nerf vague. Les principaux résultats de cette thèse ont montré que la dénervation afférente cardiaque sympathique par RTX atténue le remodelage cardiaque et restaure la fonction cardiaque lors d’un IM dans un modèle murin. L'analyse comportementale a démontré que les souris IM sont déprimées et anxieuses et que le traitement RTX réduit significativement l'expression du phénotype anxieux. La protéomique réalisée sur des cortex frontaux isolés a identifié des signatures protéiques uniques pour chacun des groupes (IM, RTX et IM/RTX), indiquant des voies partagées et uniques attribuées par IM et RTX. Les analyses bio-informatiques ont montré un enrichissement significatif des voies métaboliques dans tous les tissus et traitements, et à tout moment, suggérant un rôle central de la fonction mitochondriale après les traitements IM et RTX. Des voies fonctionnelles enrichies dans ces tissus, y compris le cytosquelette, les vésicules et la transduction du signal, peuvent être en aval des réponses initiées par les mitochondries en raison de modifications du taux d'impulsion neuronale après un IM ou d'une altération de la communication coeur-cerveau après l'application de RTX. Certaines voies et molécules communes ont aussi été observées chez C. elegans, comme la voie de signalisation de Wnt, ce qui suggère des effets semblable de RTX. La thèse contribue à une meilleure compréhension des mécanismes physiologiques des nerfs exprimant TRPV1 et offre des informations clés pour comprendre les mécanismes sous-jacents aux troubles neurologiques d'origine cardiaque. Le modèle de C. elegans peut servir de futur modèle pour tester des molécules pharmacologiquement actives pour de futures thérapeutiques. / Heart failure (HF) is one of the leading causes of death worldwide. Cardiovascular diseases are therefore becoming a major health problem and will probably continue to be so in the future with the aging of the population and the increase in the survival rate of patients with cardiovascular disease. Myocardial infarction (MI) is the main risk factor for developing HF. One of the prominent features of HF is a dysregulation in the functioning of the autonomic nervous system (ANS), in particular a sympathetic nervous system (SNS) hyperactivity that largely contributes to disease progression and increased morbidity. The mechanism for the SNS hyperactivity is only partially known. Regarding the progression from MI to HF, studies suggest a concerted engagement of the brain (medulla oblongata), the vagus nerve and the sympathetic nerves, in addition to cardiac tissue that are thought to instigate systemic disease. In addition to the alterations in the ANS, examples of HF comorbidities include cognitive impairment and atrophic changes in brain regions in HF patients. Together these data show the importance of the central and peripheral nervous system in HF. In addition to the intrinsic cardiac nervous system, which includes a network of intracardiac ganglia and interconnecting neurons, the heart, especially the epicardium, has thousands of embedded neurons, many of which express the transient receptor potential cation channel subfamily V member 1 (TRPV1). Over recent years studies have shown that the epicardial application of resiniferatoxin (RTX), a specific agonist of TRPV1, at the time of induced MI, leads to a reduction of cardiac fibrosis, prevents hyperactivation of the SNS and improves the heart function in several model systems. The thesis was aimed to better characterize the function of these TRPV1-positive fibers in MI and resulting HF. The main objectives of the current study were : 1) To identify whether the TRPV1 expressing epicardial fibers lead to changes in brain activity and function. 2) To elucidate the underlying molecular mechanisms in nervous system tissue downstream from MI and RTX treatments using proteomics; and 3) To determine if nociceptive stimuli in an alternate model, C. elegans, via the modulation of orthologous vanilloid receptors by RTX, can lead to altered behavior and molecular mechanisms associated with RTX exposureinduced effects. To meet these objectives, we combined denervation of cardiac sympathetic afferents, via epicardial application of RTX, with a validated MI model. Behavioral studies were carried out to evaluate the depression and anxiety of the animals after the onset of HFt. Proteomic 6 analysis was carried out on several tissues including the frontal cortex, left ventricle, medulla oblangata, spinal cord, and vagus nerve. The major findings of this thesis are that sympathetic cardiac afferent denervation by RTX attenuates cardiac remodeling and restores cardiac function during MI in a mouse model. Behavioral analysis demonstrated that MI mice are depressed and anxious and that RTX treatment significantly reduced the expression of the anxious phenotype. Proteomics performed on isolated frontal cortices identified unique protein signatures for each of the groups (MI, RTX and MI/RTX), indicating shared and unique pathways attributed by MI and RTX. Bioinformatic analyses showed a significant enrichment for metabolic pathways in all tissues and treatments, and at all time points, suggesting a central role of mitochondria function following MI and RTX treatments. Enriched functional pathways in these tissues, including cytoskeleton, vesicles, and signal transduction, may be downstream of mitochondria-initiated responses due to changes in neural impulse rate after MI or altered heart-brain communication following RTX application. Some common pathways and molecules were observed in C. elegans, such as the Wnt signaling pathway, suggesting similar effects of RTX. The current thesis contributes to a better understanding of the physiological mechanisms of the TRPV1 expressing nerves and offers key information to understand the mechanisms underlying neurological disorders of cardiac origin. The C. elegans model may serve as a future model for testing pharmacologically active molecules for future therapeutics.

GPR120 est un récepteur couplé à une protéine G pour les acides gras à longue chaîne (AGCL), connu pour ses effets anti-inflammatoires et pour la médiation des effets de sensibilisation à l'insuline des acides gras oméga-3. Les études révèlent une forte expression de GPR120 dans les microglies, suggérant son rôle potentiel dans les réponses immunitaires du cerveau. Cependant, l'impact spécifique de GPR120 microgliale sur les changements de comportement reste incertain. Les études suggèrent qu'un système Cre-Lox inducible élimine GPR120 dans les microglies, entraînant une augmentation des comportements semblables à l'anxiété et favorisant une augmentation de la prise alimentaire, du gain de poids et une réduction de la dépense énergétique chez les souris. Cette recherche vise à étudier l'impact de GPR120 microgliale sur l'équilibre énergétique et le comportement semblable à l'anxiété dans des conditions basales. À cet effet, nous avons créé un modèle de souris knockout pour GPR120 (génétiquement modifié ; GPR120lox/CXCR1Cre-ER). Ensuite, une cohorte de ces souris a été soumise à des analyses comportementales et métaboliques. Les évaluations métaboliques comprenaient la surveillance de l'apport alimentaire et de la dépense énergétique dans des chambres métaboliques. Des tests comportementaux tels que le labyrinthe en croix surélevé (EPM), la boîte claire-sombre (LDB) et le test des trois chambres (3CT) pour l'interaction sociale ont été réalisés. Nous avons observé que les souris femelles GPR120 KO présentaient une interaction significativement accrue dans le 3CT, suggérant une sociabilité améliorée. De plus, les souris avec GPR120 KO microgliale ont montré une augmentation du poids corporel et une réduction de l'apport alimentaire dans les cages métaboliques par rapport aux témoins. Les niveaux de corticostérone étaient augmentés chez les mâles et une tendance à l’augmentation a aussi observée chez les femelles. En conclusion, nos résultats soulignent l'influence potentielle de GPR120 sur les processus comportementaux et métaboliques. Une investigation plus poussée est essentielle pour comprendre pleinement le rôle de GPR120 dans la neuroinflammation et l'activité microgliale. Cette exploration de GPR120 offre des perspectives prometteuses pour le développement de nouvelles options thérapeutiques pour divers troubles. / GPR120 is a G protein-coupled receptor for long-chain fatty acids (LCFAs), known for its anti-inflammatory and insulin-sensitizing effects of omega-3 fatty acids. Studies reveal high expression of GPR120 in microglia, suggesting its potential role in brain immune responses. However, the specific impact of microglial GPR120 on behavioral changes remains unclear.The studies suggest that an inducible Cre-Lox system will knock out GPR120 in microglia, leading to increased anxiety-like behavior and promoting increased feeding, body weight gain, and reduced energy expenditure in mice. This research aims to investigate the impact of microglial GPR120 on energy balance and anxiety-like behavior under basal conditions For this purpose we created a knockout GPR120 mouse mode (genetically modified; GPR120lox/CXCR1Cre-ER). Subsequently, a cohort of these mice underwent behavioral and metabolic analyses. Metabolic assessments included monitoring food intake, and energy expenditure in metabolic chambers. Behavioral tests such as the elevated plus maze (EPM), light-dark box (LDB), and three-chamber test (3CT) for social interaction were conducted. We observed that Female GPR120 KO mice exhibited significantly increased interaction in the 3CT, suggesting enhanced sociability. Moreover, mice with microglial GPR120 KO showed increased body weight and reduced food intake in metabolic cages compared to controls. Corticosterone levels exhibited increased in males and a trend in females. In conclusion, our findings underscore the potential influence of GPR120 on both behavioral and metabolic processes. Further investigation is essential to fully understand the role of GPR120 in neuroinflammation and microglial activity. This exploration of GPR120 holds promise for developing novel treatment options for various disorders.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Au cours de la grossesse et de la période d'allaitement, plusieurs fonctions physiologiques varient et entraînent des modifications fonctionnelles au niveau de la pharmacocinétique des médicaments. Certaines pathologies nécessitent un traitement continu et le métabolisme de médicaments prescrits est modifié par des mécanismes qu'il faut connaître pour limiter les risques tant pour la mère que le fœtus. Or, inclure des femmes enceintes ou allaitant dans les protocoles d'étude clinique est difficile pour des raisons d'éthique évidente. Les études fonctionnelles requièrent l'utilisation d'une méthodologie générale adaptée qui inclue des techniques d'analyses non invasives et performantes et des designs d'études adaptés et détaillés, pour permettre la création d'une base de données pertinente pour le corps médical. Dans ce contexte, les isotopes stables et la spectrométrie de masse isotopique présentent un grand intérêt puisque les isotopes stables sont non radioactifs, sans toxicité et d'excellents traceurs biologiques. L'objectif principal de la thèse est de mettre en place une méthodologie générale utilisant les isotopes stables pour l’évaluation non invasive de la fonction métabolique hépatique au cours de la grossesse et l'étude du passage des médicaments dans le lait maternel. Un protocole clinique et une méthode générale de criblage par extraction en phase solide et chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse ont été mis au point pour les études sur le transfert des médicaments dans le lait maternel et sur les effets pharmacologiques chez le nouveau-né. Le protocole clinique permet de prélever les échantillons de lait de façon contrôlée et de recueillir tous les paramètres importants pour l'interprétation pharmacocinétique. La méthode d'analyse permet de doser de nombreuses substances utilisées pendant l'allaitement et peut facilement et rapidement être adaptable à d'autres médicaments et à leurs métabolites. L'utilisation conjointe de ces deux outils garantie une interprétation pharmacocinétique indépendante du contexte de l'étude clinique. Pour l'étude de la fonction métabolique hépatique, le test respiratoire à la 13C-caféine et les rapports métaboliques urinaires de la 13C-caféine ont été validés comme marqueurs des variations d'activités des CYP1A2. L'utilisation de la 13C-caféine dans la mesure des rapports urinaires a permis d'être très spécifique vis à vis du substrat, et de ne pas tenir compte de la présence systématique de métabolites de la caféine provenant de l'alimentation. Le test respiratoire est indicateur du métabolisme global de la caféine par les CYP1A2 alors que les rapports métaboliques sont associés à certaines voies du métabolisme et permettent de tenir compte et éventuellement de mesurer les activités d'autres enzymes. Pour les études longitudinales au cours de la grossesse, ces deux tests sont des outils de choix pour évaluer de façon sensible et non invasive les variations d'activités des CYP1A2 M vivo et pour potentiellement détecter et anticiper les dommages dus aux pathologies. Pour évaluer les activités d'autres CYP450, ces deux tests peuvent être utiliser avec d'autres substrats. En conclusion, l'analyse isotopique et les technologies utilisant les isotopes stables permettent d'augmenter l'efficacité des protocoles cliniques et d'accéder à des populations protégées comme les femmes enceintes et allaitant.

L’acétylation des résidus de glucosamine terminaux par la N-acétyltransférase lysosomale (HGSNAT) est une étape essentielle de la dégradation catabolique de l’héparan sulfate. Des défauts dans cette réaction causent une maladie de surcharge lysosomale autosomale récessive rare : le désordre de Sanfilippo type C (SFC). À ce jour, 54 mutations ont été rapportées chez des patients SFC, incluant 13 mutations des sites d’épissage, 11 insertions et délétions, 8 mutations non-sens, 18 mutations faux-sens et 4 polymorphismes, avec différentes manifestations phénotypiques. Nous avons identifié 10 d’entre elles et effectué une étude exhaustive portant sur l’éventail des mutations SFC, leur distribution dans la population de patients, ainsi que leur impact potentiel sur la structure de la HGSNAT. Les erreurs d’épissage, les mutations non-sens, les insertions et les délétions devraient toutes entraîner un ARN non fonctionnel qui est rapidement dégradé par des mécanismes de contrôle qualité cellulaire. Les 4 polymorphismes identifiés sont des changements d'acides aminés qui ne modifient pas l'activité enzymatique, la glycosylation ou la localisation et n'ont donc pas de signification au niveau clinique. Au niveau des enzymes, les polymorphismes sont des changements d’acides aminés qui n’affectent pas la fonction, mais dans un contexte d’acides nucléiques ils peuvent être considérés comme des mutations faux-sens. Les dix-huit mutations faux-sens qui ont été exprimées ont produit des protéines inactives, en raison d'erreurs dans leur repliement. Ceci expliquerait donc la progression sévère de la maladie chez les personnes porteuses de ces mutations. Les protéines mutantes mal repliées sont anormalement glycosylées et conservées dans le réticulum endoplasmique. La thérapie par amélioration de l’activité enzymatique par des chaperonnes est une option thérapeutique potentielle, spécifiquement conçue pour exploiter l'activité enzymatique résiduelle de mutants mal repliés, afin d’éliminer les substrats stockés. Nous avons démontré que le traitement de plusieurs lignées de fibroblastes de patients SFC avec le chlorhydrate de glucosamine, un inhibiteur spécifique de la HGSNAT, a partiellement restauré l’activité de l'enzyme mutante, fournissant une preuve de l’utilité future de la thérapie par des chaperonnes dans le traitement de la maladie de SFC. / The acetylation of terminal glucosamine residues by lysosomal N-acetyltransferase (HGSNAT) is an essential part of the catabolic breakdown of heparan sulfate. Defects in this reaction result in the rare autosomal recessive lysosomal storage disorder Sanfilippo syndrome type C (SFC). To date 54 mutations in SFC patients have been reported including 13 splice-site mutations, 11 insertions and deletions, 8 nonsense, 18 missense and 4 polymorphisms, with different phenotypic manifestations. We have identified 10 of them and conducted a comprehensive review discussing the spectrum of Sanfilippo C mutations, their distribution within the patient population as well as how the mutations could potentially affect the structure of HGSNAT. Splicing errors, nonsense mutations, insertions and deletions were all predicted to result in non-functional RNA which is rapidly degraded by cellular quality control mechanisms. The 4 identified polymorphisms resulted in amino acid changes which did not affect the enzyme activity, glycosylation or targeting and were therefore not clinically significant. Polymorphisms, in the context of enzymes are amino acid changes not affecting function, but in the context of nucleic acids can still be considered as missense mutations. Eighteen missense mutations were expressed and shown be inactive due to errors in protein folding providing an explanation for the severe disease progression seen in individuals with these mutations. Misfolded mutants were abnormally glycosylated and retained in the endoplasmic reticulum. Enzyme enhancement/chaperone therapy is a potential treatment option specifically designed to exploit the residual enzyme activity of misfolded mutants in order to clear stored substrates. We demonstrated that treatment of several fibroblast lines of SFC patients with a specific inhibitor of HGSNAT; glucosamine-hydrochloride partially rescued mutant enzyme activity providing a proof of principle for the future use of chaperone therapeutics in the treatment of SFC.

Le blé est la seconde céréale la plus produite dans le monde. Il constitue une importante source de denrées alimentaires et de beaucoup d’autres usages industriels. La compréhension des mécanismes impliqués dans le développement du grain de blé est fondamentale pour développer des blés à valeur ajoutée. La physiologie du grain de blé et les mécanismes moléculaires impliqués dans son développement nécessitent d’être mieux connus et ces connaissances pourront être très utiles pour l’amélioration du blé mais aussi des autres céréales. L’approche protéomique a été aussi utilisée dans ce contexte mais aucun travail n’avait jusqu’ici été réalisé sur la totalité des phases de développement des tissus et sur des intervalles de temps très courts. La caractérisation des changements d’expressions protéiques dans les couches périphériques du grain et de l’albumen est présentée dans cette étude. Nous avons utilisé les grains de Triticum aestivum de la variété Récital, cultivés à l’INRA de Clermont-Ferrand. Les grains ont été prélevés tous les 50°C jour (°Cj) depuis la fécondation jusqu’à la maturité sur 15 stades de développement pour les couches périphériques et sur 21 stades pour l’albumen amylacé. Pour chaque échantillon, les couches périphériques des grains ont été disséquées et les protéines totales extraites. L’analyse des protéines en électrophorèse bidimensionnelle puis par spectrométrie de masse MALDI-TOF a permis d’identifier via l’interrogation des bases de données, 207 protéines différentiellement exprimées sur 15 stades de développement (0°Cj-700°Cj). Ces protéines ont ensuite été classées en 16 classes fonctionnelles. L’analyse en cluster a révélé 5 profils d’expression au cours du temps. Parallèlement, l’albumen amylacé a été isolé des grains et les protéines métaboliques de ce tissu extraites. Après électrophorèse bidimensionnelle des protéines, 487 protéines variant significativement dans l’albumen sur l’ensemble des stades de développement (0°Cj-1006°Cj) ont été identifiées par utilisation de la LC-MS. Les protéines ont été réparties sur neuf profils d’expression et 17 fonctions biochimiques. Le protéome des couches périphériques a ensuite été comparé au protéome de l’albumen dans le but de comprendre si l’évolution des processus biochimiques diffère dans chacun de ces tissus. Au final, nous avons optimisé l’intégration des données protéomiques avec celles du transcriptome (en se focalisant sur les protéines du métabolisme carboné). Seulement 32% des profils d’expression protéome/transcriptome montrent une corrélation significative au cours du développement (152°Cj-700°Cj). Les profils d’expression des enzymes ont été comparés sur les deux niveaux. Ils devraient permettre de distinguer les processus régulés au niveau du transcriptome de ceux régulés au niveau du protéome. L’ensemble de ces données pourra être compilé dans une base de données propre de la variété Récital et utilisé comme référence dans l’étude des maladies et des stress abiotiques des tissus du grain de blé en développement. / Wheat is the second most produced cereal in the world, important for food, feed and many industrial uses. Understanding of the mechanisms involved in grain development is fundamental for developing high quality wheat. In particular, detailed knowledge of the wheat grain physiology and molecular mechanisms involved in its development would help in breeding not only of wheat but also many other cereals. A proteomic approach has been used in this context but, up to now, there had been no work on developing tissues at very short temporal distances. This thesis presents, firstly, a proteomic study to characterize protein expression changes in peripheral layers and in starchy endosperm of wheat, during kernel development. We used grains of Triticum aestivum cv Récital, cultivated at INRA, Clermont-Ferrand. Grains were harvested at each 50°Cd from fertilization to maturity at fifteen stages for peripheral layers and at twenty-one stages for starchy endosperm. After grain dissection, protein extraction and 2DE- MALDI-TOF MS and data mining, we identified 207 differentially expressed proteins at fifteen stages (0°Cd-700°Cd) of peripheral layers during kernel development. These proteins were then classed in sixteen different functional classes. HCA revealed five different expression profiles during development. Similarly after obtaining starchy endosperm from dissected grains, we performed protein extraction specific to metabolic proteins. After 2DE, 487 proteins were identified from fertilization to grain maturity (0°Cd-1006°Cd), using LC-MS and data mining. Proteins were grouped in nine different expression profiles and were classed in seventeen biochemical functions. We have constructed proteome maps of these two important grain tissues during kernel development. Further, the comparison of peripheral layers and starchy endosperm proteomic data was made, with an objective to understand whether the changes in different biochemical processes differ between these tissues.Finally, we performed an integration of our proteomic data (focusing our approach on proteins involved in carbohydrate metabolism) with that of transcriptomics. Only 32% of proteome/transcriptome expression profiles showed a significant correlation during development (from 152°Cd-700°Cd). Comparison of enzyme expression profiles with those of proteome and transcriptome would help to distinguish the processes regulated at transcriptome level and those controlled at the proteome level. This comprehensive grain development data could further help in construction of a Récital databank, which may be used as reference for studies of diseased and stressed grain tissues during development.

L’accumulation de biopolymère de réserve (PolyHydroxyAlcanoates ou PHA) par la souche Cupriavidus necator, à partir de substrats de type acides gras volatils (acide butyrique, acide propionique et acide acétique) a été étudiée. Elle est induite par une limitation phosphore. Les performances atteintes lors des cultures se situent parmi les meilleures de la littérature pour ce type de substrat : jusqu’à 66 g.L-1 de biomasse totale avec un pourcentage d’accumulation massique de 88% en PHB –PolyHydroxyButyrate- ou en PHB-co-HV -PolyHydroxyButyrate-co-HydroxyValerate- comportant jusqu’à 52% de motifs d’HV.Pour chaque source carbonée, une caractérisation cinétique et stœchiométrique de la souche a été réalisée en l’absence d’effets inhibiteurs dus aux substrats acides grâce à des cultures de type Fed-Batch avec des apports non limitants et non inhibiteurs en carbone. Il a été dégagé :- un taux de croissance maximal de la souche de 0,33 h-1 pour les trois acides étudiés- une relation entre vitesse spécifique de production de PHA et taux de croissance fixée par la disponibilité et les flux de production de NADPH2 avec un découplage inverse pour les taux de croissance supérieurs à 0,05 h-1 et un couplage partiel pour les taux de croissance inférieurs- un optimum de 0,35 Cmole.Cmole-1.h-1, associé à un taux de croissance de l’ordre de 0,05 h-1.- une amélioration de la production de PHB en termes de vitesses spécifiques mais également en termes de rendements si une faible croissance résiduelle est maintenueLa réponse de la souche à un excès de substrat acide a été caractérisée via l’étude de régimes transitoires induits par des pulses sur des cultures continues préalablement stabilisées en régime permanent. Il a été montré qu’en excès de phosphore, face à un brusque excès de substrat, la souche est incapable d’adapter rapidement son taux de croissance. L’excès est donc dirigé vers la production de PHA dont les voies sont plus rapidement mobilisables. En conditions limitantes de phosphore, le substrat excédentaire est utilisé pour la production de PHA. L’inhibition par les acides se traduit par une diminution des capacités de biosynthèse de la biomasse et des PHA entrainant une réduction de l’assimilation du carbone puis une diminution des rendements de conversion. D’autre part la sensibilité d’un système continu à un excès de substrat dépend du point de fonctionnement choisi : plus il est optimal en termes de vitesse, moins le système est robuste. L’acide propionique est très inhibiteur comparé aux autres acides étudiés (dès 3-4 mM contre 30-40 mM). Il n’agit pas simplement via une accumulation excessive dans le cytoplasme mais il exerce également une inhibition spécifique des voies métaboliques.Un antagonisme entre les substrats (acide acétique et butyrique) a été constaté et expliqué grâce à une analyse des flux métaboliques. L’acide acétique est assimilé préférentiellement pour produire la biomasse, l’énergie et les cofacteurs nécessaires à la production de PHA, alors que l’acide butyrique est utilisé pour la synthèse de PHB. La proportion maximale d’acide acétique admise dans l’alimentation en fonction des conditions fixées en régime permanent est calculée et peut être limitée à 40% du carbone.Enfin il a été déterminé que si une croissance résiduelle est assurée grâce à un apport en phosphore, le pourcentage maximal d’HV dans le polymère dépend du taux d’acide propionique dans l’alimentation et ne peux dépasser 33 ± 5% sur acide propionique pur. Par contre, si aucune croissance résiduelle n’est assurée, il est possible de convertir l’acide propionique en motifs d’HV uniquement / Reserve Biopolymer (PolyHydroxyAlkanoates or PHA) accumulation by the strain Cupriavidus necator, from Volatile Fatty Acids (VFA, like butyric acid, propionic acid and acetic acid) was investigated. This production is induced by a phosphorus limitation. For this type of substrates, performances reached during cultures are among the best listed in the literature: up to 66 g.L-1 of total biomass with 88% (w/w) of PHB –PolyHydroxyButyrate- or PHB-co-HV -PolyHydroxyButyrate-co-HydroxyValerate- with a HV content up to 52 Mole%.For each carbon source, kinetic and stoechiometric characterization has been carried out thanks to Fed-Batch cultures with non-limiting and non-inhibitory carbon feed. It has been established:- a maximal growth rate of 0,33 h-1 for the three acid investigated- a relationship between specific PHA production rate and growth rate which is set by the availability and production flux of NADPH2. For growth rate above 0,05 h-1, there is an inverse coupling. For growth rate under 0,05 h-1, there is a partial coupling.- an optimum of 0,35 Cmole.Cmole-1.h-1 is associated with a growth rate of 0,05 h-1.- if a low residual growth rate is maintained, an improvement of PHB production is recorded in terms of specific production rate and yieldsThe response of the strain to an excess of acid substrate was characterized through the investigation of transient state induced by pulsed addition of substrate during continuous cultures stabilized in steady state. It was shown that in excess of phosphorus, when there is a substrate excess, the strain is unable to quickly adapt its growth rate, so the excess is directed to PHA production whose ways seem to be more easily mobilized. Under phosphorus limitation, an excess of substrate is used for PHA production. Acid inhibition results in a decrease in biomass and PHA production capacity which leads to a decrease in carbon assimilation and conversion yields. The sensitivity of a continuous system to an excess of substrate depends on the chosen operating point: the more it is optimal in terms of specific production rate, the less the system is robust. Propionic acid is highly inhibitory compared to the other acids studied (from 3-4 mM versus 30-40 mM). It does not act only via an excessive accumulation in the cytoplasm but also exerts a specific inhibition of metabolic pathways.An antagonism between substrates (acetic and butyric acid) has been established and explained thanks to the Metabolic Flux Analysis. Acetic acid is preferentially used to produce biomass, energy and cofactors for PHA synthesis, whereas butyric acid is used to product PHB. According to the conditions set during steady state, maximal content of acetic acid admitted in the feed can be calculated. It can be limited to 40% of the carbon in the feed.Finally if a growth rate is maintained thanks to a phosphorus supply, the maximal HV content in polymer is function of propionic acid in the feed and cannot exceed 33 ± 5 Mole% on pure propionic acid. Conversely, if there is no residual growth, a total conversion of propionic acid into HV is allowed

Le déficit en transporteur de la créatine est une maladie rare neurologique dans laquelle la perte de fonctionnalité du transporteur de la créatine (SLC6A8) conduit à une absence de créatine au niveau cérébral et à des retards de développement majeurs chez les enfants. A l’heure actuelle, aucune thérapie efficace n’est disponible.Une approche thérapeutique potentielle est le développement de molécules prodrogues de la créatine plus lipophiles qui franchiront les membranes cellulaires de façon passive et la recherche d’une formulation galénique susceptible d’emmener la prodrogue vers les cellules cibles d’intérêt, les neurones. Ainsi, dans cette thèse, nous proposons une nouvelle voie de synthèse originale d’esters de la créatine à longue chaîne aliphatique. Ces composés présentent des propriétés pharmacologiques intéressantes : nous montrons qu’il existe une relation de structure-activité entre la taille de la chaîne aliphatique (et donc la lipophilie) et la capacité de la molécule à être internalisée dans les cellules endothéliales cérébrales, astrocytaires et neuronales, constituant l’unité neurovasculaire. Il ressort de nos observations expérimentales que l’ester dodécylique de créatine est le meilleur candidat médicament. De plus, après avoir été internalisé dans les fibroblastes des patients présentant un déficit fonctionnel du transporteur de la créatine, l’ester dodécylique subit une conversion par les estérases cellulaires, libérant ainsi la créatine dans le compartiment intracellulaire.La formulation galénique permettant de protéger ces esters de créatine jusqu’au cerveau repose, elle, sur la nanovectorisation, par encapsulation de l’ester dodécylique de créatine dans des NanoCapsules Lipidiques. L’avantage de cette formulation est de permettre également un ciblage actif vers la Barrière Hémato-Encéphalique, obstacle majeur dans le développement de thérapies ciblant le Système Nerveux Central. Nos observations expérimentales mettent en exergue cette double stratégie thérapeutique pour le traitement du déficit en transporteur de la créatine.Ce travail a été soutenu financièrement par la Fondation Lejeune. / Creatine transporter deficiency is a rare brain disease associated with the loss of function of the SLC6A8 (creatine transporter) leading to an absence of creatine at the cerebral level and to a dramatic neurodevelopmental retardation in the children. To date, no effective therapy is available.A potential therapeutic option would be the design of a pharmaceutical formulation of lipophilic prodrugs of creatine that will cross the cell membranes passively and target the neurons in order to restore the creatine content inside these cells.One of the main purposes of this dissertation is to propose an original chemistry synthesis process of creatine esters with long aliphatic chain. These compounds show interesting pharmacological properties of structure-activity relationship between the length of the aliphatic chain (i.e. lipophilicity) and the ability for the drug to enter cerebral endothelial, astroglial and neuronal cells. According to our experimental observations, the dodecyl ester creatine seems to be the best drug candidate. Moreover, the dodecyl ester is acted on by cellular esterases inside patients’ fibroblasts with a functional deficit of the SLC6A8 and increases the intracellular creatine content.The pharmaceutical formulation developed in this study consists by incorporation of dodecyl ester inside a nanovector (Lipid NanoCapsules). Two main advantages can be gained by nanovectorization: firstly, the dodecyl ester is protected from the degradation by plasmatic esterases before reaching the brain. Secondly, the nanovectorization strategy is highly valuable to brain targeting bypassing the blood-brain barrier, which remains until now a major impediment in the drug design for the Central Nervous System. Our experimental observations highlight this two-step therapeutic strategy for the treatment of deficiency of the creatine transporter.This work was financially supported by the International PhD Program of the Life Sciences division of the CEA and the Fondation Jérôme Lejeune.